قارب زجاج كوارتز صلب شفاف مخصص للطاقة الشمسية

مقدمة عن قارب الكوارتز

يُعرف قارب الكوارتز، باسم خاص في صناعة أشباه الموصلات بـ"قارب الرقائق" أو "قارب المعالجة"، وهو مكوّن دقيق عالي الجودة مصنوع من كوارتز مصهور عالي النقاء. ويُصمم لحمل ونقل رقائق السيليكون خلال عمليات التصنيع المختلفة ذات درجات الحرارة العالية.

وظيفته الأساسية هي العمل كحامل أو رف، لضمان تثبيت عدة رقائق بشكل آمن في وضع عمودي وعلى مسافات دقيقة أثناء معالجتها داخل الأفران وغرف التفاعل.

الخصائص الرئيسية

1). مقاومة استثنائية لدرجات الحرارة العالية:
يمكن للكوارتز المصهور أن يتحمل درجات حرارة تتجاوز 1100°م دون أن يلين أو يتشوه، وهي خاصية ضرورية للعمليات مثل الانتشار والأكسدة.

2). نقاء فائق:
مصنوع من كوارتز صناعي عالي النقاء، وهو خالٍ تقريبًا من الشوائب المعدنية. وهذا يمنع تلوث رقائق السيليكون الحساسة، وهو أمر بالغ الأهمية لتحقيق عوائد إنتاج عالية وأداء ممتاز.

3). استقرار حراري متفوق:
يتمتّع الكوارتز بمعامل تمدد حراري منخفض جدًا، ما يعني أنه يمكنه تحمل دورات التسخين والتبريد السريعة (الصدمات الحرارية) دون أن يتشقق.

4). خاملية كيميائية ممتازة:
إنه مقاوم للغاية للتآكل الناتج عن معظم الأحماض، والهالوجينات، وغازات العمليات العدوانية الأخرى المستخدمة في تصنيع أشباه الموصلات.

5). هندسة دقيقة:
يحتوي القارب على شقوق أو فتحات مصممة بعناية تحفظ الرقائق بشكل آمن دون التسبب في إجهاد أو إنتاج جسيمات، وتكفل تعرضًا موحدًا لغازات العملية والحرارة.

6) قوة ميكانيكية واستقرار عاليان
يحافظ على سلامة الهيكل واستقرار الأبعاد تحت الأحمال الثقيلة عند درجات الحرارة العالية، مما يمنع تشوه الرقائق.
القارب الكوارتيزي ضروري في تصنيع أشباه الموصلات نظرًا لمقاومته الاستثنائية للحرارة العالية ونقاوته الفائقة التي تمنع التلوث. كما أن مقاومته الممتازة للصدمات الحرارية وخموله الكيميائي المتميز يسمحان له بأداء موثوق في البيئات القاسية. علاوةً على ذلك، فإن هندسته الدقيقة تضمن معالجة الرقائق بشكل موحد دون إلحاق الضرر بها.

مزايا القارب الكوارتيزي

1) مقاومة عالية للحرارة:
درجة حرارة انصهار زجاج الكوارتز حوالي 1730°م، ويمكن استخدامه لفترة طويلة عند 1200°م. أما درجة الحرارة القصوى للاستخدام القصير فهي تصل إلى 1450°م.

2) استقرار حراري جيد: معامل تمدد الزجاج الكوارتيزي الحراري منخفض، وبالتالي يمكنه تحمل التغيرات المفاجئة في درجات الحرارة؛ فعند تسخين الزجاج الكوارتيزي إلى حوالي 1200°م ثم وضعه في ماء بدرجة حرارة الغرفة، فإنه لا ينكسر.

3) مقاومة التآكل: باستثناء حمض الهيدروفلوريك، لا يتفاعل الزجاج الكوارتيزي كيميائيًا مع أي أحماض أخرى تقريبًا، ومقاومته للأحماض تفوق بـ 30 مرة مقاومة السيراميك و150 مرة مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ.

4) عزل قوي: قيمة مقاومة الزجاج الكوارتيزي تعادل 10,000 ضعف مقاومة الزجاج العادي، مما يجعله مادة عازلة كهربائية جيدة جدًا ويتمتع بأداء عزل ممتاز في درجة حرارة الغرفة.

5) نفاذية جيدة للضوء: يتمتع بكفاءة نقل ضوئي جيدة عبر الطيف الكامل من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء، ومعدل نفاذية الضوء المرئي 93% أو أكثر في نطاق الأشعة فوق البنفسجية، ومعدل النفاذية 80% فأكثر.

التطبيقات الشائعة

حامل الرقائق لأغراض العمليات عند درجات الحرارة العالية: الوظيفة الأساسية هي احتجاز ونقل رقائق السيليكون داخل الأفران وغرف التفاعل.
أساسي في عمليات التشويب والانتشار: يمكّن من إدخال شوائب إلى رقائق السيليكون لإنشاء الترانزستورات والدوائر.
ضروري للأكسدة الحرارية: يُستخدم لتنمية طبقات أكسيد عازلة على الشرائح.
يدعم الترسيب الرقيق للغشاء (CVD): يحمل الشرائح أثناء عمليات الطلاء.
أساس في إنتاج خلايا الطاقة الشمسية: يُستخدم لتصنيع الوصلة p-n في الخلايا الضوئية.

باختصار، حيثما كانت هناك حاجة إلى معالجة شرائح السيليكون أو الركائز المماثلة بدرجة نظافة فائقة ودرجات حرارة عالية، يكون القارب الكوارتيزي أداة لا غنى عنها.
1). تصنيع أشباه الموصلات (التطبيق الأساسي)
الأكسدة الحرارية: يُستخدم لحمل شرائح السيليكون في أفران ذات درجات حرارة عالية لتنمية طبقة رقيقة ومتجانسة من ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂) على سطح الشريحة.
الانتشار: يُستخدم في عمليات التغشية حيث تتعرض الشرائح لغازات مغشاة عند درجات حرارة عالية لتغيير الخصائص الكهربائية للسيليكون.
ترسيب البخار الكيميائي (CVD): يعمل كحامل للشرائح أثناء العمليات التي تُرسب فيها أغشية رقيقة من مواد مختلفة.
التسخين: يُستخدم في الأفران لتسخين الشرائح (الحرارة والتبريد البطيء) لإصلاح تلف البلورات أو تنشيط الشوائب.

2). صناعة الخلايا الكهروضوئية (PV)
يُستخدم في عملية الانتشار لإنشاء الوصلة p-n، وهي القلب الأساسي للخلية الشمسية.
ويُستخدم أيضًا في خطوات أخرى معالجة عند درجات حرارة عالية لأقراص السيليكون الشمسية.

3). تصنيع مصابيح LED وأنظمة MEMS
ضروري للخطوات المعالجة عند درجات حرارة عالية التي تدخل في تصنيع الثنائيات الباعثة للضوء (LED) والأنظمة الميكروية الإلكتروميكانيكية (MEMS).
تُعد أنابيب الكوارتز من المكونات الأساسية عالية الأداء في المختبرات والصناعات، وتُصنع من السيليكا المصهورة النقية للغاية، وعادةً ما تحتوي على نسبة سيليكا تبلغ 99.9٪ أو أكثر، مع وصل بعض الأنواع الممتازة إلى نقاء 99.99٪ من SiO₂. ويتم تصنيعها عن طريق صهر بلورات الكوارتز الطبيعية عند درجة حرارة فائقة تبلغ حوالي 2000°م، ثم تُعالج بدقة باستخدام تقنيات مثل السحب والتشكيل لضمان تجانس سمك الجدران والمتانة الهيكلية. وتتميز هذه الأنابيب عن الزجاج العادي وبديلات البوروسيليكات بتركيبتها الاستثنائية من الخصائص الحرارية والكيميائية والبصرية والميكانيكية، مما يجعلها لا غنى عنها في العديد من التطبيقات ذات المتطلبات العالية.

  
المعلمات الفنية